[发明专利]电极笼电极角度测量装置及其测量方法

说明书

本发明提供一种电极笼电极角度测量装置及其测量方法，其中电极笼电极角度测量装置包括：自准直仪、运动支架、测量组件、气浮平台、总控计算单元和遮光单元；本发明利用四棱台镜置入电极笼内部进行分光，实现了在自准直仪不移动的情况下，仅通过遮光单元改变测量光路，达到同时测量五个面的目的；本发明解决自准直仪无法直接应用在电极笼内表面测量的难题，测量方式为非接触的方式，不影响电极的表面质量，同时不需要引出电极表面基准来进行测量，实现了电极笼内部电极间角度的原位高精度测量。

技术领域

本发明涉及几何量计量测试领域，特别涉及一种电极笼电极角度测量装置及其测量方法。

背景技术

高精度时变重力场测量、高精度惯性制导和自主导航、惯性拖曳效应精密测量和空间引力波探测等方面的空间科学和空间应用，都要求航天器的残余扰动加速度小于10^-10m/s²甚至更低。航天器由于受到大气阻尼、太阳光压、地球辐射、宇宙射线等外部环境扰动和航天器颤振、姿态调整、内部机构运动等航天器自身扰动，导致航天器加速度变化约为10^-3～10^-5ms^-2，超出了精密空间科学实验对外部扰动的要求。在20世纪60年代，Lange等(1964)等分别提出了无拖曳卫星(Drag Free Satellite)的解决方案，其基本原理是利用推进器主动消除太空环境扰动，以位于航天器内部的测试质量TM(Test Mass)为惯性参考基准，采用高精度电容传感技术测量测试质量相对于航天器的运动，其位移信号作为控制器的输入信号控制微推进器产生适当推力和力矩，使航天器跟随测试质量运动。测试质量位于航天器内部，受到的外部扰动远远小于航天器本身，具有更高的微重力水平。因此，可通过跟踪测试质量的方法，使航天器达到科学实验要求的低扰动力水平。

无拖曳控制的其核心测量设备是惯性传感器，惯性传感器的核心部件是电极笼，其内部包含多组对称布置的电极，通过测量电极笼电极与测试质量间的电容值得到电极笼电极与测试质量的距离，进而得到卫星相对测试质量的位姿。

为了实现超高精度的电容传感位移测量，电极笼内部电极的表面粗糙度约10nmrms，面形达到了镜面水平。电极间的角度误差要求极高：电极相邻面垂直误差优于1″，相对面平行误差优于1″。而电极笼内部电极露出电极表面在内部，无法像棱镜一样，直接通过角位移测量设备直接测量。

欧洲LISA项目采用三坐标接触方法对电极笼进行测量，然后拆装各组件，进行镀金，但该方法缺乏最终检定手段。通过将电极笼内部电极表面基准引出电极笼的方法，其过程较为复杂，误差累积的环节较多，很难实现高精度的相对角度测量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种电极笼电极角度测量装置及其测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提出的电极笼电极角度测量装置，用于测量电极笼内部任意两个电极之间的相对角度；

电极笼为中空四棱柱结构，内部包含前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面；前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面上分别安装有前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列和底电极阵列；

前电极阵列的位置与后电极阵列的位置相对；左电极阵列的位置和右电极阵列的位置相对；顶电极阵列的位置和底电极阵列的位置相对；

电极笼电极角度测量装置包括：自准直仪、运动支架、测量组件、气浮平台和总控计算单元；

自准直仪固定安装在运动支架上，用于发出测量光束，并用于测量测量光束经电极笼反射后的反射光与自身光轴之间的光轴角；